[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410236299.0
• 申請(qǐng)日: 2014-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103979091B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐建中;謝凱源;盧石松
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B63G8/16
• 分類(lèi)號(hào): B63G8/16
• 代理公司: 杭州中成專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無(wú)人水下航行器，特別涉及采用噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)海洋探索方法不斷進(jìn)步，無(wú)人水下航行器作為一種探索海洋的有利工具，在軍事和民用上都起到了重要作用。在復(fù)雜的深海環(huán)境中，存在干擾和不確定因素，這就要求無(wú)人水下航行器有較強(qiáng)抗干擾能力。當(dāng)遇到海水波動(dòng)或洋流干擾時(shí)，無(wú)人水下航行器通過(guò)傳感器檢測(cè)自身姿態(tài)變化并及時(shí)作出調(diào)整來(lái)消除干擾，保證其按照預(yù)定軌跡行駛；當(dāng)干擾較大時(shí)，雖然無(wú)人水下航行器能夠借助先進(jìn)的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，但是受到常規(guī)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能力的限制，不能夠及時(shí)調(diào)整，這極大地降低了航行器的作業(yè)效率。

目前，無(wú)人水下航行器大多使用舵槳驅(qū)動(dòng)或者多推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)，少數(shù)航行器采用噴水驅(qū)動(dòng)。對(duì)于舵槳驅(qū)動(dòng)的水下航行器，舵葉的控制能力跟航行器的行進(jìn)速度有關(guān)，在低航速時(shí)轉(zhuǎn)向靈敏度較低，不能快速變向；全螺旋槳驅(qū)動(dòng)的水下航行器，需要的推進(jìn)器數(shù)量多功耗大，對(duì)控制系統(tǒng)要求高；噴水驅(qū)動(dòng)由于受抽水泵功率的限制，噴水所產(chǎn)生的推力有限，而且采用噴水推進(jìn)的水下航行器由于水流通過(guò)航行器結(jié)構(gòu)內(nèi)部，難以控制其平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器及方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種一種基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器；在航行器外殼內(nèi)設(shè)置噴氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、浮力控制系統(tǒng)和電源模塊；噴氣系統(tǒng)包括帶充氣口的儲(chǔ)氣罐，該儲(chǔ)氣罐通過(guò)輸氣管路貫穿航行器外殼后，在航行器外殼表面形成提供航行器轉(zhuǎn)向動(dòng)力的噴嘴；所述的浮力控制系統(tǒng)包括帶進(jìn)水管的水倉(cāng)，該進(jìn)水管貫穿航行器外殼后，形成水倉(cāng)和航行器殼體外部之間的水流通道；所述的控制系統(tǒng)包括控制噴射氣體流量的氣閥、控制水流進(jìn)出的水閥、獲取航行器運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳感器組以及控制主板；所述的噴嘴上設(shè)置氣閥，所述的進(jìn)水管設(shè)置水閥，所述的傳感器組、氣閥和水閥均與控制主板信號(hào)連接；所述傳感器組、氣閥、水閥以及控制主板均與電源模塊電連接。

作為對(duì)本發(fā)明所述的基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器的改進(jìn)：所述航行器的尾端設(shè)置有提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的推進(jìn)器和尾噴管Ⅰ、尾噴管Ⅱ；該推進(jìn)器為正反轉(zhuǎn)推進(jìn)器；所述推進(jìn)器與控制主板信號(hào)連接，與電源模塊電連接；所述尾噴管Ⅰ和尾噴管Ⅱ分別在航行器尾端的兩側(cè)從頭到尾的軸向設(shè)置；；所述尾噴管Ⅰ和尾噴管Ⅱ分別通過(guò)輸氣管路與儲(chǔ)氣罐相連通；所述尾噴管Ⅰ和尾噴管Ⅱ上分別設(shè)置有尾噴管閥Ⅰ和尾噴管閥Ⅱ；所述尾噴管閥Ⅰ和尾噴管閥Ⅱ分別與控制主板信號(hào)連接，與電源模塊電連接。

作為對(duì)本發(fā)明所述的基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器的進(jìn)一步改進(jìn)：所述充氣口貫穿航行器外殼；所述充氣口上設(shè)置有由單向閥和過(guò)濾器組成的充氣口控制機(jī)構(gòu)。

作為對(duì)本發(fā)明所述的基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器的進(jìn)一步改進(jìn)：所述航行器外殼的前端為透光材料加工制作的半球形；所述航行器外殼的其余部分為耐腐抗壓合金材料加工制作的圓柱形；所述噴嘴分別位于圓柱形外殼前側(cè)的上、下、左、右側(cè)壁。

作為對(duì)本發(fā)明所述的基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器的進(jìn)一步改進(jìn)：所述傳感器組包括九軸傳感器、水倉(cāng)水位傳感器、儲(chǔ)氣罐壓力傳感器、深度傳感器以及濕度傳感器；所述水倉(cāng)水位傳感器位于水倉(cāng)內(nèi)；所述儲(chǔ)氣罐壓力傳感器位于儲(chǔ)氣罐內(nèi)；所述深度傳感器位于航行器殼體外表面；所述九軸傳感器和濕度傳感器均位于航行器外殼內(nèi)；所述九軸傳感器、水倉(cāng)水位傳感器、儲(chǔ)氣罐壓力傳感器、深度傳感器以及濕度傳感器均通過(guò)信號(hào)處理模塊與控制主板信號(hào)連接；所述九軸傳感器、水倉(cāng)水位傳感器、儲(chǔ)氣罐壓力傳感器、深度傳感器以及濕度傳感器均與電源模塊電連接。

作為對(duì)本發(fā)明所述的基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器的進(jìn)一步改進(jìn)：所述控制主板通過(guò)轉(zhuǎn)接板設(shè)置有模組化接口，所述模組化接口上外接通信模塊、光學(xué)模塊或者聲學(xué)模塊。

作為對(duì)本發(fā)明所述的基于噴氣轉(zhuǎn)向的無(wú)人水下航行器的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的尾噴管閥Ⅰ、尾噴管閥Ⅱ、氣閥和水閥均為二位二通比例電磁閥。

一種基于噴氣系統(tǒng)控制水下航行器的方法：通過(guò)儲(chǔ)氣罐從噴嘴或者尾噴管Ⅰ和尾噴管Ⅱ噴射氣流形成轉(zhuǎn)向的動(dòng)力；通過(guò)控制主板控制氣閥噴射的氣體流量，實(shí)現(xiàn)噴嘴的定量氣體噴射，進(jìn)而在噴嘴處形成反沖作用力，驅(qū)動(dòng)該航行器進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)向；所述儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體噴射后造成的航行器整體質(zhì)量下降，再通過(guò)航行器內(nèi)的水倉(cāng)進(jìn)水使得航行器的重力和浮力保持平衡。